Villamos energia
EnergiaTender
Az energiagazdaság általános tanulmányozásakor kiemelten kell foglalkozni a villamos energia termeléssel. Ennek jelentősége, hogy egy adott ország energiagazdaságában felhasznált alap energiahordozók nagyobb hányada a fogyasztókhoz a legfontosabb másodlagos energiahordozó formájában, villamos energiaként jut el. A villamos energia az egész gazdaságot egy komplex egységbe kapcsolja össze, ezért az energiapolitikától elválaszthatatlan a villamos energia termelés.
A villamos energia a legkönnyebben átalakítható egyszerű berendezésekkel a felhasználás helyén más energia fajtává. A másik előnye, hogy könnyen és nagyobb veszteség nélkül szállítható az előállítás helyétől a fogyasztóig, nagy távolságokra is.
A villamos energia előállítása
EnergiaTender
A legnagyobb részét erőművek állítják elő. Ezekben generátorok – áramfejlesztő gépek működnek, amelyek a mechanikai energiát villamos energiává alakítják.
Ahhoz, hogy a generátor villamos energiát termeljen, egy hajtóműnek forgatnia kell a rotort. Ez a hajtómű a turbina. Attól függően, hogy milyen energia működteti a turbinát, többféle erőműről beszélünk (szénerőmű, olajtüzelésű erőmű, földgáztüzelésű erőmű, atomerőmű, napelemes rendszerek, biomassza-erőmű, szélerőmű, geotermikus erőmű, vízerőmű).
Az erőmű-kapacitás nagyobb része un. közcélú erőmű, amelyek áramtermelésüket az országos hálózatra adják le, és így az országos igények kielégítését szolgálják. A kisebb része az erőműveknek ipari erőmű, amelyek egy-egy meghatározott nagyfogyasztó, ipari üzem áramellátását biztosítják.
Alternatív energiaforrások
- Nem megújuló energiaforrások:
- elszenesedett fosszilis maradványok: szén, földgáz, kőolaj
- ásványok: uránércek
A villamos energia termelés fűtőanyagbázisa hazai és import primer energiahordozókból tevődik össze. Fűtőérték alapján számítva a felhasznált fűtőanyagok 26%-a szén (elsősorban barnakőszén és lignit), 21%-a földgáz, 14%-a fűtőolaj. 39%-a nukleáris energia.
- Megújuló energiaforrások:
- víz
- szél
- nap
- biomassza
- geotermikus
A villamos energia szállítása
EnergiaTender
Hosszú utat kell bejárnia a villamos energiának, hogy a felhasználókhoz érkezzen az általuk igényelt energia. Az erőművekben előállított energiát nagyfeszültségű hálózaton szállítják az alállomásokba, ahol a legkisebb veszteséggel történő szállítás érdekében transzformálják. Innen középfeszültségű hálózaton keresztül folytatja útját az energia a transzformátor állomásokba, ahol a kommunális és ipari készülékek számára megfelelő feszültségszintet kell elérnie. Ezekből az állomásokból indulnak el a kisfeszültségű hálózatok, melyeken keresztül a felhasználók vételezik a számukra szükséges villamos energiát. Fogyasztásuk mérését az erre a célra kialakított mérési helyen, elektromechanikus vagy elektronikus mérők végzik.
A villamos energia a termelő erőművektől a különféle fogyasztókhoz a hálózatokon vihető át. A hálózatok feladata tehát a villamos energia szállítása és elosztása.
Az erőművekben a generátorok háromfázisú váltakozó áramot termelnek, amelynek a feszültsége 6kV vagy 10kV. Annak érdekében, hogy a villamos energiát nagyobb távolságokra vesztesség nélkül lehessen elszállítani, ezt a feszültséget meg kell növelni 110, 220, vagy 380kV-ra. Erre a célra transzformátorokat, távvezetékeket, szigetelőket, kapcsolókat, elválasztókat, biztosítókat, kisfeszültségű hálózatokat használnak.
Minél nagyobb a távolság, és minél nagyobb mennyiségű áramot akarunk szállítani, annál nagyobb kell legyen a feszültség.
A nagyfeszültségű villamos energiát különleges vezetékekkel – távvezetékekkel szállítják el a városokig, falvakig vagy ipari létesítményekig. Ezek vastag réz vagy alumíniumszálból font huzalköteg, amelynek a magva acélból készül. A távvezetékhuzalokat magas acél- vagy vasbetonoszlopokra szerelik fel, megfelelő szigetelők közbeiktatásával. A szigetelők nem vezetik az áramot, leginkább kerámiából készülnek.
A villamos energiát továbbító távvezetékek elhelyezésétől függően megkülönböztetünk szabadvezetékes hálózatokat és kábelhálózatokat. A szabadvezetékek célszerűen kialakított oszlopokra erősített szigetelőkön elhelyezett többnyire csupasz vezetékek (sodronyok). A kábelek megfelelően szigetelt és mechanikailag védett vezetők, amelyeket rendszerint a földbe fektetnek, vagy arra a célra kialakított, zárt földalatti csatornákban (úgynevezett kábelcsatornákban, vagy kábelalagutakban) helyeznek el.
Az erőművekben a generátorok háromfázisú váltakozó áramot termelnek, amelynek a feszültsége 6kV vagy 10kV. Ezt a feszültséget transzformátorban megnövelik 110 -380kV feszültségűre, amit nagyfeszültségű villamos energiának neveznek.
A nagyfeszültségű villamos energiát először a kapcsolóállomásig vezetik, ahol a feszültséget transzformátorokban csökkentik 35kV-ra, majd az áramot távvezetékeken elvezetik az egyes településekre. A települések közelében is vannak transzformátorállomások, amelyek tovább csökkentik a feszültséget 10kV-ra.
Innen tovább vezetik az áramot a településekbe, ahol a helyi transzformátorok végül 380 és 220V-ra csökkentik a feszültséget. Ez a feszültség felel meg az áramfogyasztó berendezések működéséhez.
Villamos hálózatnak nevezzük azt a távvezetékekből és transzformátorokból álló rendszert, amely a villamos energiát szállítja és elosztja. Az utolsó transzformátortól a fogyasztóig kisfeszültségű villamos hálózat vezet. Erre kapcsolják az épületek villamos berendezéseit. A kisfeszültségű hálózat lehet föld feletti (légvezeték), és földbe fektetett (kábel).
A hálózatok szerves részét képezik az alállomások, amelyek általában a hálózatok megfelelő terhelésű csomópontjaiban helyezkednek el, és az áram útjának kijelölésére vagy a különböző feszültségű hálózatok összekapcsolására szolgálnak. Az előbbieket kapcsolóállomásoknak nevezzük, míg az utóbbiak a transzformátorállomások.
A hálózatok feszültségszintjétől függően megkülönböztetünk kisfeszültségű és nagyfeszültségű, a rendeltetése szerint pedig elosztó-, főelosztó-, országos alap-, nemzetközi, kooperációs hálózatot.
Elosztóhálózat
Rendeltetése a villamos energia nagyfeszültségen való elosztása az alállomási gyűjtősínektől a fogyasztói transzformátorig. Ezek feszültségszintje hazánkban, a közcélú elosztóhálózatok esetében 10kV, illetve 20kV, míg az ipartelepek belső elosztóhálózatain 3kV, illetve 6kV.
Főelosztóhálózat
Rendeltetése a villamos energia elosztása az alaphálózati csomópontokból a középfeszültségű elosztóhálózatok táppontjaihoz, amelyek általában a fogyasztói körzetek súlypontjában helyezkednek el.
Országos alaphálózat
Feladata az erőművek és a csomóponti nagy transzformátorállomások összekapcsolása, az energia nagy mennyiségű szállítása, Az országos alaphálózat külföldre menő távvezetékei alakítják ki a kooperációs villamos energia rendszert. A magyar alaphálózat távvezetékeinek nagyobb hányada ma már 400kV-os.
Nemzetközi, kooperációs hálózat
A különböző országok alaphálózatainak olyan távvezetéki összekötése, amely biztosítja a nemzetközi kooperációs villamos energia rendszerek kialakulását, a villamos energia országok közötti szállítását. A szokásos feszültségszintek itt 220kV, 400kV és 750kV.
A villamos energia termelés problémái
EnergiaTender
A termelés és fogyasztás nehezen megoldható problémája az, hogy az erőművek folyamatosan működnek, a fogyasztás viszont ingadozik.
A napi igényeknek megfelelően jelentkeznek csúcsfogyasztási idők és mélypontok. Így van ez az év keresztmetszetében vizsgálva is, ahol szintén szezonális ingadozás figyelhető meg csúcsokkal és mélypontokkal egyaránt. Egy adott terület (ország) villamos energia kapacitását úgy kell meghatározni, hogy legyen tartalékkapacitás a napi csúcsok vagy a szezonális csúcsok ellátására is. Ezen kívül az üzemzavarok esetére is kell kapacitást tartalékolni. Ezért olyan technikai megoldásokat kellett kifejleszteni, amelyek gyorsan bekapcsolhatók és csak a csúcsfogyasztás idején működnek. Ezeknek a követelményeknek felelnek meg az úgynevezett gázturbinás erőművek, amelyek rövid idő alatt üzembe állíthatók. A magyar energiarendszer kiépítése során az a nézet érvényesült, hogy elsősorban nagy kapacitású erőműveket szükséges építeni, mert azok gazdaságossága jobb.
A termelés jövője
A jövőre nézve elfogadható koncepció, hogy a korábbi gyakorlattól eltérően ne nagy kapacitású alaperőművek, hanem kisebb kapacitású, kombinált gőz-gázüzemű erőművek épüljenek a fogyasztási körzetekben. Azaz egy folyamatosan működő hagyományos (gőzzel működő hőerőmű) és egy gázturbinás erőmű kombinációja, ahol a gázturbina füstgázával állítják elő a gőzt.
Ugyanakkor, ha az egyik legfontosabb globális környezeti problémát, a szén-dioxid légköri növekedése során várható felmelegedést vizsgáljuk (hathatósan szembe kell nézni ennek súlyos veszélyével), akkor az atomerőmű építésének világszerte jövőt lehet jósolni. Igaz ez különösen akkor, ha a biztonság növelhető és a kockázat csökkenthető.